CN2594490Y - 步进式水轮机可编程调速器 - Google Patents

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南海鹏
贾嵘
王涛
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Abstract

本实用新型涉及步进式水轮机可编程调速器，包括机频和网频信号送入整形电路，整形电路将信号变成方波信号后，两路送入数字量输入模块，开关量信号送入数字量输入模块，数字量输入模块输出信号送入控制器，步进电机的位移量转换成电压信号经模拟量输入模块送入控制器，控制器的两端连接通讯接口和显示与键盘单元，控制器输出信号两路输送到数字量输出模块，数字量输出模块的输出端与步进电机驱动模块和报警继电器连接，步进电机驱动模块与步进电机连接，报警继电器与报警显示器连接。具有编程容易、开发周期短、调试方便、执行速度快。平均无故障时间可长达50万小时。是水力发电站不可缺少的调速设备，并有较好的经济和社会效益。

Description

步进式水轮机可编程调速器
一、技术领域
本实用新型涉及一种用于水轮发电机组控制的步进式PCC水轮机调速器，特别是采用可编程计算机控制器PCC的Power Panel模块PP41为硬件的步进式PCC水轮机调速器。
二、背景技术
现有水轮机调速器一般均采用单片机、工业控制计算机或PLC实现。基于单片机的水轮机调速器一般均采用单片机实现，其硬件为自行设计制造，且各厂家均为小批量生产，故元件检测、筛选、老化处理、焊接及生产工艺等都受到限制，造成可靠性较低，运行中可能出现单片机死机，使水轮机调速器失灵，从而使水轮机调速器的可靠性大大降低，严重影响调速器的安全可靠运行；基于工控机的水轮机调速器，其硬件标准化程度高，软件资源丰富，有实时操作系统支持，运行速度快，实时性强，图文显示方便，但装置访问时间较长，体积大，且成本高，仅适合大型机组；可靠性较高的可编程逻辑控制器PLC由于其难以满足水轮机调速器中频率测量的要求，故目前使用的PLC调速器大多数测频单元仍采用单片机或数字电路来实现，它存在与单片机调速器同样的问题，中国专利CN1209551A中提出了一种采用PLC的测频方法，但频率响应较低，接力器不动时间较一般微机调速器稍大，最突出的表现是在空载频率跟踪、甩负荷指标等方面存在不足，这将制约着其在大型、特别是巨型机组中的应用。
三、发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种调试方便，执行速度快、维护方便的步进式水轮机调速器。
实现发明目的的技术方案是这样解决的：包括机频和网频信号，其改进之处在于机频和网频信号送入整形电路，整形电路将信号变成方波信号后，分两路分别接送入数字量输入模块，同时，相关开关量的信号也送入数字量输入模块中，数字量输入模块的输出信号送入PCC控制器，步进电机反馈电位器将步进电机的位移量转换成电压信号经模拟量输入模块也送入PCC控制器，其PCC控制器又是由TPU、CPU和存储单元组成，PCC控制器的两端分别连接有通讯接口和显示与键盘单元，PCC控制器输出的信号分两路分别输送到数字量输出模块，数字量输出模块的输出端分别与步进电机驱动模块和报警继电器连接，步进电机驱动模块与步进电机连接，报警继电器与报警显示器连接。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
①、本实用新型由整形电路、步进电机驱动模块和可编程计算机控制器配以适当软件完成步进式可编程调速器的控制，从而提高了系统的可靠性及调节品质。
②、采用可编程计算机控制器PCC为步进式可编程调速器的硬件，实现步进式可编程调速器，取代了用单片机或工业控制计算机实现的水轮机调速器。由于PCC是在可编程逻辑控制器的基础上引入计算机的多任务分时操作系统及编程语言而产生的适应于工业环境的可靠控制器，从而它既具有PLC的可靠性又具有计算机的快速、多任务和编程通用化的特点，因此PCC步进式可编程调速器在具有可靠性的同时，又具有编程容易、开发周期短、调试方便、执行速度快以及更利于描述复杂的控制思想等特点。
③、PP41集处理器CPU、时间处理单元TPU、数字量输入、数字量输出、通讯接口以及大液晶显示器与键盘于一体，并且有6个可扩展的插槽，平均无故障时间(MTBF)可长达50万小时。用于水力发电站不可缺少的调速设备，具有较好的经济和社会效益。
四、附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为图1的电气原理图。
五、具体实施方式
附图为本实用新型的一个实施例
下面结合附图对本实用新型的内容作进一步说明：
参见图1所示，包括机频和网频信号1，其特征在于机频和网频信号1送入整形电路2，整形电路2将信号变成方波信号后，分两路分别接送入数字量输入模块5中，其一路用于测量机组频率，另一路检测电网频率，同时，相关开关量3(开停机、并网、增减等信号)的信号也送入数字量输入模块5，数字量输入模块5的输出信号送入PCC控制器8，步进电机反馈电位器4将步进电机的位移量转换成电压信号经模拟量输入模块6也送入PCC控制器8，其PCC控制器8又是由TPU、CPU和存储单元组成，PCC控制器8的两端分别连接有通讯接口7和显示与键盘单元9，PCC控制器8输出的信号分两路分别输送到数字量输出模块10和数字量输出模块11，数字量输出模块10、11的输出端分别与步进电机驱动模块12和报警继电器13连接，步进电机驱动模块12与步进电机14连接，报警继电器13与报警显示器15连接。装入PCC控制器的专用控制调节程序根据测量的水轮发电机组的转速偏差，并按一定的调节规律转换成控制信号。同时根据随动系统输出与控制信号之差输出控制步进电机的顺相序或反相序控制脉冲，该脉冲由可与PCC的时间处理单元TPU相连接的数字量输出接口10输出，并经步进电机驱动模块12进行功率放大后控制步进电机14。数字量输出模块11输出的信号经报警继电器13后进入报警显示器15。通讯接口7用于与上位监控系统或其它设备通讯。显示与键盘单元9用于现场显示、相关参数与运行方式的设置。
综上所述，在实施本装置时PCC控制器选用PP41，它集处理器CPU、时间处理单元TPU、数字量输入、数字量输出、通讯接口7以及大液晶显示器与键盘9于一体，并且有6个可扩展的插槽，平均无故障时间(MTBF)可长达50万小时。由于PP41自带的10个数字量输入通道有四个通道可与PCC的时间处理单元(TPU)相连接，其一个通道可以用于测量机组频率，一个通道可以用于测量电网频率。PP41自带的9个数字量输出通道用于报警等数字量输出。模拟量输入模块6选用AI351，该模块的输入信号可为电压或电流，用于步进电机的位移反馈。选用可与PCC的时间处理单元(TPU)相连接的数字量输出模块DO135经步进电机驱动模块12控制步进电机14，步进电机驱动模块12根据所用步进电机选择，如步进电机选用Parker公司的OEM83-135则驱动器型号为OEM750。
参见图2所示，发电机的频率信号连接整形电路2的电阻R1，依次串联有电阻R3、R5，在电阻R1、R3之间并联一个电容C1并接地，在电阻R3、R5之间并联正反方向的两个二极管V1、V3；电网的频率信号连接整形电路2的电阻R2，依次串联有电阻R4、R6，在电阻R2、R4之间并联一个电容C2并接地，在电阻R4、R6之间并联正反方向的两个二极管V2、V4。通过比较器U1A和U1B后分两路送入数字量输入模块5的X2-1和X2-3插口，模拟量输入模块6为AI351，其输出的信号通过Slot1插口送入PCC控制器8，PCC控制器8又由时间处理单元TPU、处理器CPU、存储单元组成，在PCC控制器的上下两端分别连接有通讯接口7和显示与键盘接口9，PCC控制器的控制信号又经插在Slot4上的数字量输出模块DO135，其模块输出的信号送入步进电机驱动模块12进行功率放大后控制步进电机14。
下面以调速器跟踪网频方式说明本系统的动态过程：水轮发电机组的机频与网频信号1的电压由整形电路2转变为方波后经数字量输入模块5送入PCC控制控制器8。当水轮发电机组的频率高于电网频率时，装入PCC控制器的专用控制调节程序输出脉冲使步进电机向关机方向移动，从而使调速器向关机方向移动，使输入水轮发电机组的流量减小，即水轮发电机组的主动力矩减小，从而使水轮发电机组的转速(机组频率)降低，直至机组频率等于电网频率。当水轮发电机组的频率低于电网频率时，装入PCC控制器的专用控制调节程序输出脉冲使步进电机向开机方向移动，从而使调速器向开机方向移动，使输入水轮发电机组的流量增加，机组的流量也增加，即水轮发电机组的主动力矩增加，从而使水轮发电机组的转速(机组频率)增加，直至机组频率等于电网频率。

Claims (8)

1、一种步进式水轮机调速器，包括机频和网频信号(1)，其特征在于机频和网频信号(1)送入整形电路(2)，整形电路(2)将信号变成方波信号后，分两路分别接送入数字量输入模块(5)，同时，相关开关量(3)的信号也送入数字量输入模块(5)中，数字量输入模块(5)的输出信号送入PCC控制器(8)，步进电机反馈电位器(4)将步进电机的位移量转换成电压信号经模拟量输入模块(6)也送入PCC控制器(8)，其PCC控制器(8)又是由TPU、CPU和存储单元组成，PCC控制器(8)的两端分别连接有通讯接口(7)和显示与键盘单元(9)，PCC控制器(8)输出的信号分两路分别输送到数字量输出模块(10)和数字量输出模块(11)，数字量输出模块(10、11)的输出端分别与步进电机驱动模块(12)和报警继电器(13)连接，步进电机驱动模块(12)与步进电机(14)连，报警继电器(13)与报警显示器(15)连接。
2、根据权利要求1所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的整形电路包括一个(U1A、U1B)组成的比较电路。
3、根据权利要求1或2所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的比较电路的比较器(U1A)和(U1B)将信号整形后分两路送入数字量输入模块(X2-1)和(X2-3)。
4、根据权利要求1所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的模拟量输入模块(6)为AI351，其输出的信号通过(Slot1)或(Slot2-6)插口送入PCC控制器(8)。
5、根据权利要求1所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的PCC的时问处理单元(TPU)相连接的数字量输出模块(DO135)经步进电机驱动模块控制步进电机。
6、根据权利要求1或4所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的PCC控制器的控制信号又经插在(Slot4)或(Slot5-6)上的数字量输出模块(DO135)，其模块输出的信号送入步进电机驱动模块(12)进行功率放大后控制步进电机(14)。
7、根据权利要求1或3所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的PCC控制器是PP41控制器。
8、根据权利要求1所述的步进式水轮机调速器，其特征在于所说的当水轮发电机组的频率高于电网频率或低于电网频率时，调节程序控制机组频率等于电网频率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105298735A (zh) * 2015-12-15 2016-02-03 张方庆 一种安全、可靠的灯泡贯流式水轮发电机开、停机控制方法

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